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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Drehmaschine, die mit einem Lager versehen ist, das eine Drehwelle eines Laufrades stützt.
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Hintergrund des Standes der Technik
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Es ist eine Lagervorrichtung bekannt, die mit einem Antidrehmechanismus versehen ist, der eine Drehung eines Außenrings eines Lagers verhindert. Beispielsweise offenbart Patentdokument 1 einen Antidrehmechanismus mit einem Langloch, das die radiale Mitte eines Außenrings durch ein Gehäuse erreicht, das den Außenring mit einem Stift stützt, der in das Langloch eingeführt ist. Patentdokument 2 und Patentdokument 3 offenbaren jeweils eine Lagervorrichtung, die mit einem Antidrehmechanismus versehen ist, bei dem ein Keilelement in einer Drehwellenlinienrichtung eingeführt ist.
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Auflistung des Standes der Technik
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Patentdokumente
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- Patentdokument 1: ungeprüfte japanische Patentanmeldung JP 2014-152923
- Patentdokument 2: ungeprüfte japanische Patentanmeldung JP 2010-48301
- Patentdokument 3: ungeprüfte japanische Patentanmeldung: JP 2006-194418
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Wenn die in Patentdokument 1 beschriebene Lagervorrichtung bei beispielsweise einer Drehmaschine angewendet ist, nimmt die Kraft einer thermischen Expansion der Drehwelle, die an der Lagervorrichtung wirkt, in Abhängigkeit von den Temperaturbedingungen während der Anwendung zu. Als ein Ergebnis kann der Stift über den Außenring überlastet werden, was eine Unannehmlichkeit bewirkt. Andererseits tritt bei der in Patentdokument 2 oder 3 beschriebenen Lagervorrichtung ein Problem dahingehend auf, dass das Keilelement einen offenen Endabschnitt hat und eine Möglichkeit dahingehend besteht, dass die Antidrehfunktion in Abhängigkeit von dem Anwendungsmodus unstabil wird.
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Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Drehmaschine, die dazu in der Lage ist, die Einwirkung der thermischen Expansion einer Drehwelle zu beseitigen, während in stabiler Weise eine Drehung eines Außenrings, die der Drehung eines Innenrings eines Lagers folgt, verhindert wird.
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Lösung des Problems
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Drehmaschine mit einem Lager, das eine Drehwelle eines Laufrades stützt, einem Lagerstützteil, das einen Außenumfang des Lagers stützt, einer Keilnut, die in dem Lager und dem Lagerstützteil ausgebildet ist und sich entlang einer Drehwellenlinienrichtung der Drehwelle erstreckt, und einem Keilelement, das in die Keilnut eingeführt ist. Das Lager hat einen Innenring, der an der Drehwelle angebracht ist, und einen Außenring, der durch das Lagerstützteil gestützt ist, und ein Rollelement, das zwischen dem Innenring und dem Außenring gelagert (angeordnet) ist. Das Lagerstützteil hat ein Außenregulierteil, das mit einem Endteil des Keilelementes in Kontakt stehen kann, das in der Keilnut in der Drehwellenlinienrichtung eingeführt ist. Der Außenring hat ein Innenregulierteil, das mit dem anderen Endteil des Keilelementes in Kontakt stehen kann, das in der Keilnut eingeführt ist. Ein Abstand zwischen dem Außenregulierteil und dem Innenregulierteil ist länger als eine Länge des Keilelementes in der Drehwellenlinienrichtung.
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Effekte der Erfindung
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Gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Einfluss der thermischen Expansion einer Drehwelle zu beseitigen, während in stabiler Weise eine Drehung eines Außenrings, die der Drehung eines Innenrings eines Lagers folgt, verhindert wird.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines elektrischen Kompressors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht eines in 1 gezeigten Lagers.
- 3 zeigt eine Darstellung einer Beziehung zwischen einem Keilelement und einer Keilnut, wobei 3(a) eine Querschnittsansicht entlang einer Linie III(a)-III(a) in 2 zeigt, und 3(b) eine Querschnittsansicht entlang einer Linie III(b)-III(b) in 2 zeigt.
- 4 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht eines Zustandes, bei dem das Lager und ein Lagerstützteil zusammengebaut sind.
- 5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Hülse, die von außen an einen Außenring des Lagers gesetzt ist.
- 6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Zustandes, bei dem eine Lagerdrückeinrichtung und eine Schraubenfeder (Spiralfeder) in der Hülse montiert sind.
- 7 zeigt eine Querschnittsansicht einer Beziehung zwischen einem Keilelement und einer Keilnut gemäß einem Abwandlungsbeispiel.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Bei der Beschreibung der Zeichnungen sind die gleichen Elemente anhand gleicher Bezugszeichen bezeichnet, und eine wiederholte Beschreibung unterbleibt.
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Drehmaschine mit einem Lager, das eine Drehwelle eines Laufrades stützt, einem Lagerstützteil, das einen Außenumfang des Lagers stützt, einer Keilnut, die in dem Lager und dem Lagerstützteil ausgebildet ist und sich entlang einer Drehwellenlinienrichtung der Drehwelle erstreckt, und einem Keilelement, das in die Keilnut eingeführt ist. Das Lager hat einen Innenring, der an der Drehwelle angebracht ist, einen Außenring, der durch das Lagerstützteil gestützt ist, und ein Rollelement, das zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet ist. Das Lagerstützteil hat ein Außenregulierteil, das dazu in der Lage ist, mit einem Endabschnitt des Keilelementes in Kontakt zu stehen, das in die Keilnut in der Drehwellenlinienrichtung eingeführt ist. Der Außenring hat ein Innenregulierteil, das dazu in der Lage ist, mit einem anderen Endteil des Keilelementes in Kontakt zu gelangen, das in die Keilnut eingeführt ist. Ein Abstand zwischen dem Außenregulierteil und dem Innenregulierteil ist länger als eine Länge des Keilelementes in der Drehwellenlin ienrichtung.
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In dieser Drehmaschine kann eine Drehung des Außenrings durch das in der Keilnut eingeführte Keilelement verhindert werden. Insbesondere wird eine Bewegung des in der Keilnut eingeführten Keilelementes in der Drehwellenlinienrichtung durch das Außenregulierteil des Lagerstützteils und das Innenregulierteil des Außenrings reguliert. Demgemäß ist es bei dieser Drehmaschine möglich, ein Herausfallen oder dergleichen des Keilelementes bei dem Anwendungsmodus zu vermeiden und eine Drehung des Außenrings mit einer Stabilität zu verhindern. Darüber hinaus ist der Abstand zwischen dem Außenregulierteil und dem Innenregulierteil länger als die Länge des Keilelementes in der Drehwellenlinienrichtung. Daher ist ein Zwischenraum zwischen dem Keilelement und zumindest entweder dem Außenregulierteil und/oder dem Innenregulierteil ausgebildet, und eine Verlängerung, die auf einer thermischen Expansion der Drehwelle zurückführbar ist, kann absorbiert werden. Als ein Ergebnis ist es bei dieser Drehmaschine möglich, die Auswirkung der thermischen Expansion der Drehwelle zu beseitigen, während eine Drehung des Außenrings, die einer Drehung des Innenrings des Lagers folgt, in stabiler Weise verhindert wird.
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Bei der Drehmaschine gemäß mehreren möglichen Aspekten kann die Keilnut eine Innennut, die an einem Außenumfang des Außenrings vorgesehen ist, und eine Außennut umfassen, die an einem Innenumfang des Lagerstützteils vorgesehen ist, und ein Einführführungsteil, das eine in Umfangsrichtung (Drehrichtung) erfolgende Verschiebung der Innennut und der Außennut einstellt, die so angeordnet sind, dass sie einander zugewandt sind, kann an einem oder an beiden Endteilen des Keilelementes vorgesehen sein. Das Einführführungsteil stellt die Umfangsverschiebung (Verschiebung in Umfangsrichtung) der Innennut und der Außennut ein, wenn das Keilelement in entweder der Innennut oder der Außennut voreingebaut ist und das Keilelement anschließend in die andere Nut eingeführt wird. Als ein Ergebnis wird bei diesem Aspekt die Handhabbarkeit während des Zusammenbaus verbessert.
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In einigen Aspekten kann der Einführführungsteil ein abgeschrägtes Teil sein. Das abgeschrägte Teil erleichtert das Einführen in die Innennut oder die Außennut, womit eine in Umfangsrichtung erfolgende Verschiebeeinstellung erleichtert wird.
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In der Drehmaschine gemäß einigen möglichen Aspekten kann das Einführführungsteil an dem Endteil an der Seite des Innenregulierteils vorgesehen sein. In einem beispielartigen Ablauf für den Einbau des Lagerstützteils an dem Lager kann das Keilelement vorübergehend in der Außennut fixiert werden, die in dem Lagerstützteil vorgesehen ist, und das Lagerstützteil kann an dem Lager in diesem Zustand eingebaut werden. Hierbei kann, wenn das Einführführungsteil einmal an dem Endteil des Keilelementes vorgesehen ist, das an der Seite des Innenregulierteils ist, die Umfangsverschiebung der Innennut und der Außennut in effektiver Weise während des Zusammenbaus eingestellt werden.
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Bei der Drehmaschine gemäß einigen möglichen Aspekten kann ein Bereich, in dem das Keilelement sitzt, in der Außennut größer sein als in der Innennut. Eine Innennut, die größer als die Außennut ist, führt dazu, dass es weniger wahrscheinlich ist, dass die Größe des Außenrings vom Gesichtspunkt des Sicherstellens der Festigkeit des Lagers zunimmt.
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Wenn die Außennut größer als die Innennut ist, kann im Gegensatz dazu eine Zunahme der Größe des Außenrings des Lagers mit Leichtigkeit vermieden werden, was für eine kompakte Gestaltung des gesamten Lagers von Vorteil ist.
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Bei der Drehmaschine gemäß einigen möglichen Aspekten kann das Lagerstützteil ein Rohrteil, das außen an dem Außenring sitzt, ein ringartiges Pressteil, das am Außenring in dem Rohrteil in Kontakt steht, und ein elastisches Teil aufweisen, das in elastischer Weise das Drückteil in der Drehwellenlinienrichtung stützt, wobei das Drückteil (Drückeinrichtungsteil) ein Vermeidungsteil, das vermeidet, dass das Keilelement in dem Rohrteil ist, und einen Vermeidungsbereich haben kann, der durch einen Innenumfang des Rohrteils ausgebildet ist, und das Vermeidungsteil kann einen Zwischenraum in einer Umfangsrichtung der Drehwelle in Bezug auf das Keilelement haben. Mittels des Vermeidungsbereiches, der den Zwischenraum in der Umfangsrichtung der Drehwelle in Bezug auf das Keilelement hat, ist es wenig wahrscheinlich, dass das Keilelement zu einem Hindernis wird, wenn das Drückteil (Drückeinrichtungsteil) in dem Rohrteil montiert wird, und somit wird die Montierbarkeit verbessert.
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In einigen Aspekten kann der Vermeidungsbereich eine gewölbte (bogenartige) Form haben. Die gewölbte Form erleichtert eine Handhabung und führt zu einer Verbesserung der Handhabung.
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Bei der Drehmaschine gemäß einigen möglichen Aspekten kann die Keilnut eine Innennut, die an einem Außenumfang des Außenrings vorgesehen ist, und eine Außennut, die an einem Innenumfang des Lagerstützteils vorgesehen ist, umfassen, wobei die Außennut eine breite Breite an einer Rückseite in einer radialen Richtung haben kann, und das Keilelement ein Fallverhinderungsteil haben kann, das in der Außennut sitzt und in einer Breitenrichtung senkrecht zu einer Längsrichtung der Außennut vorragt. Wenn beispielsweise das Keilelement vorübergehend in der Außennut, die in dem Lagerstützteil vorgesehen ist, fixiert wird und das Lagerstützteil an dem Lager in diesem Zustand angebaut wird, wird verhindert, dass das Keilelement herausfällt, und somit ist die Handhabbarkeit beim Zusammenbau verbessert. Mit der Rückseite in der radialen Richtung der Außennut ist die Seite in Zentrifugalrichtung in Bezug auf die Drehwelle gemeint.
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Ein elektrischer Kompressor (als ein Beispiel einer Drehmaschine) 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Wie dies in 1 gezeigt ist, ist der elektrische Kompressor 1 beispielsweise bei einem Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs oder eines Schiffes angewendet. Der elektrische Kompressor 1 ist mit einem Kompressorteil 7 versehen. Der elektrische Kompressor 1 dreht ein Kompressorlaufrad (ein Beispiel eines Laufrades) 8 mittels einer Zusammenwirkung zwischen einem Rotorteil 13 und einem Statorteil 14, um ein Fluid wie beispielsweise Luft zu komprimieren und komprimierte Luft zu erzeugen. Ein Motor 5 ist durch das Rotorteil 13 und das Statorteil 14 ausgebildet.
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Der elektrische Kompressor 1 hat eine Drehwelle 12, die in einem Gehäuse 2 drehbar gestützt ist, und das Kompressorlaufrad 8 ist an einem Endstückteil (ein Endteil) 12a der Drehwelle 12 fixiert. Das Gehäuse 2 hat ein Motorgehäuse 3, in welchem der Motor 5 (Rotorteil 13 und Statorteil 14) aufgenommen ist, und ein Invertergehäuse 4, das eine Öffnung an der anderen Endseite (rechte Seite in der Zeichnung) des Motorgehäuses 3 schließt. Ein Kompressorgehäuse 6, das das Kompressorlaufrad 8 aufnimmt, ist an einer Endseite (linke Seite in der Zeichnung) des Motorgehäuses 3 vorgesehen. Das Kompressorgehäuse 6 hat eine Saugöffnung (Sauganschluss) 9, ein Spiralteil (Spiralabschnitt) 10 und eine Abgabeöffnung (Abgabeanschluss) 11. Obwohl Aluminium für das Motorgehäuse 3 und das Invertergehäuse 4 bevorzugt wird, da Aluminium im Hinblick auf eine Gewichtsverringerung von Vorteil ist, können beispielsweise rostfreier Stahl oder Kohlenstoffstahl ebenfalls aufgegriffen werden.
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Das Rotorteil 13 ist an dem mittleren Teil der Drehwelle 12 in einer Richtung einer Drehwellenlinie X fixiert und hat einen oder eine Vielzahl an (nicht gezeigten) Dauermagneten, die an der Drehwelle 12 befestigt sind. Das Statorteil 14 ist an der Innenfläche des Motorgehäuses 3 so fixiert, dass es das Rotorteil 13 umgibt, und hat ein (nicht gezeigtes) Spulenteil, um das ein Leiterdraht gewickelt ist. Wenn einmal ein Wechselstrom zu dem Spulenteil des Statorteils 14 durch den Leiterdraht strömt, werden die Drehwelle 12 und das Kompressorrad 8 miteinander durch die Zusammenwirkung zwischen dem Rotorteil 13 und dem Statorteil 14 gedreht. Wenn sich das Kompressorlaufrad 8 dreht, saugt das Kompressorlaufrad 8 Außenluft durch die Saugöffnung 9 an, komprimiert die Luft durch das Spiralteil 10 und gibt die Luft von der Abgabeöffnung 11 ab. Die von der Abgabeöffnung 11 abgegebene komprimierte Luft wird zu dem vorstehend erwähnten Verbrennungsmotor geliefert.
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Der elektrische Kompressor 1 hat zwei Lager 20A und 20B, die drehbar die Drehwelle 12 in Bezug auf das Gehäuse 2 stützen. Die Lager 20A und 20B sind so angeordnet, dass sie den Motor 5 sandwichartig anordnen, und sie stützen die Drehwelle 12 von beiden Seiten. Das Lager 20A ist an dem Endteil des Motorgehäuses 3 an der Seite des Kompressorlaufrades 8 vorgesehen. Das andere Lager 20B ist an einem Stützwandteil 23 an der Seite des Invertergehäuses 4 angebracht. Das Stützwandteil 23 ragt von dem Invertergehäuse 4 nach innen vor.
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Das Invertergehäuse 4 hat einen Mechanismus zum Liefern einer Antriebsstromstärke zu dem Statorteil 14. Das Invertergehäuse 4 hat ein scheibenförmiges Endwandteil 21, das die Öffnung an der anderen Endseite des Motorgehäuses 3 schließt, und ein Umfangswandteil 22, das das Außenumfangsteil des Endwandteils 21 und das Motorgehäuse 3 verbindet. Der Leiterdraht, der mit dem Statorteil 14 verbunden ist, ist in dem Umfangswandteil 22 untergebracht. Das Endwandteil 21 ist beispielsweise aus Aluminium hergestellt.
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Wie dies in 2 gezeigt ist, ist das Stützwandteil (Beispiel eines Lagerstützteils) 23 mit einem Ständerteil (Sockel) 41, das von der Mitte des Endwandteils 21 zu der Innenseite in der Richtung der Drehwellenlinie X das heißt zu der Seite des Motors 5 (linke Seite des Endwandteils 21 in der Darstellung von 1) vorragt, einem rohrartigen Hülsenaufnehmer 42, der von dem Ständerteil 41 nach innen weiter vorragt, und einer Hülse (Beispiel eines Rohrteils) 43, die von außen an dem Hülsenaufnehmer 42 sitzt, versehen. Hierbei ist die Hülse 43 mit dem Hülsenaufnehmer 42 beispielsweise durch Presspassung, Schraubenbefestigung oder dergleichen einstückig gestaltet. Ein Außenring 51 des Lagers 20B sitzt in der Hülse 43 und steht mit dieser in Kontakt. Außerdem ist das Stützwandteil 23 mit einer ringartigen Drückplatte (Beispiel eines Drückeinrichtungsteils) 44, die mit dem Außenring 51 des Lagers 20B in der Hülse 43 in Kontakt steht, und einer Spiralfeder (Beispiel eines elastischen Teils) 45 versehen, die zwischen dem Ständerteil 41 und der Drückplatte 44 in dem Hülsenaufnehmer 42 angeordnet ist und die Drückplatte 44 gegen den Außenring 51 drückt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Hülse 43 und der Hülsenaufnehmer 42 als separate Elemente ausgebildet. Die Hülse 43 und der Hülsenaufnehmer 42 können auch einstückig gestaltet sein.
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Das Lager 20B ist ein Kugellager, das mit einem Innenring 52, der an der Drehwelle 12 beispielsweise durch Presspassen oder Spielpassung (Passung mit einem Zwischenraum) angebracht ist, dem vorstehend beschriebenen Außenring 51 und einem Rollelement 53 versehen ist, das zwischen dem Innenring 52 und dem Außenring 51 angeordnet ist. Das Lager 20B ist durch das Stützwandteil 23 über die Hülse 43 gestützt. Der Innenring 52 dreht sich so, dass er der Drehung der Drehwelle 12 folgt. Hierbei muss in Bezug auf den Außenring 51 eine Drehung, die der Drehung des Innenrings 52 folgt, verhindert werden. Die Drehwelle 12 ist aus Metall wie beispielsweise einem SCM-Material hergestellt, dehnt sich thermisch in Abhängigkeit von den Temperaturbedingungen aus und verlängert sich in der Richtung der Drehwellenlinie X. Dann bewegt sich das Lager 20B (verschiebt sich) so, dass es der Verlängerung der Drehwelle 12 folgt, und somit ist ein Spiel, das diese Verschiebung aufnehmen (absorbieren) kann, ebenfalls erforderlich. Nachstehend ist ein Aufbau detailliert beschrieben, der die Drehung des Außenrings 51 regulieren kann und eine Verschiebung absorbieren kann, die einer Verlängerung äquivalent ist, die auf eine thermische Ausdehnung der Drehwelle 12 zurückführbar ist.
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Wie dies in den 2 und 5 gezeigt ist, wird eine Relativdrehung des Außenrings 51 und der Hülse 43 durch ein Keilelement 70 reguliert, das in eine Keilnut 60 eingeführt ist. Die Keilnut 60 erstreckt sich entlang der Drehwellenlinie X der Drehwelle 12, und das Keilelement 70 ist ein im Wesentlichen rechtwinkliger Blockkörper, der in die Keilnut 60 eingeführt ist. Durch das in die Keilnut 60 eingeführte Keilelement 70 wird eine Drehrichtungsbewegung des Keilelements 70 reguliert, während eine Bewegung des Keilelementes 70 in der Richtung der Drehwellenlinie X geringfügig gestattet ist.
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Wie dies in den 3 und 4 gezeigt ist, hat die Keilnut 60 eine Innennut 61, die an dem Außenumfang des Außenrings 51 vorgesehen ist, und eine Außennut 62, die an dem Innenumfang der Hülse 43 vorgesehen ist (die Keilnut 60 umfasst die Innennut und die Außennut). Hierbei ist eines von beiden Endteilen des Außenrings 51 entlang der Richtung der Drehwellenlinie X ein Endteil an einer Seite, das in der Hülse 43 sitzt, und das andere Endteil ist ein Endteil an der entgegengesetzten Seite entlang der Richtung der Drehwellenlinie X. Anders ausgedrückt ist ein Endteil des Außenrings 51 ein Endteil an der Seite, die zu dem Kompressorlaufrad 8 entgegengesetzt ist (Endteil an der rechten Seite in 1), und das andere Endteil ist ein Endteil an der Seite des Kompressorlaufrades 8 (Endteil an der linken Seite in 1). In diesem Fall ist die Innennut 61 so ausgebildet, dass sie einen Teil des einen Endteils des Außenrings 51 herausschneidet. Die Breite der Innennut 61, das heißt das Maß in einer Richtung, die senkrecht zu der Drehwellenlinie X ist, entspricht der Breite des Keilelementes 70. Anders ausgedrückt ist die Breite der Innennut 61 eine Breite, mit der das Keilelement 70 sitzt und bei der die Drehrichtungsbewegung des Keilelementes 70 reguliert werden kann. Außerdem kann die Länge der Innennut 61, das heißt das Maß in einer Richtung entlang der Drehwellenlinie X, eine Länge sein, an der ein Teil des Keilelementes 70 in der Längsrichtung (Richtung der Drehwellenlinie X) sitzt.
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Die Außennut 62 ist an dem Innenumfang der Hülse 43 vorgesehen und erstreckt sich entlang der Drehwellenlinie X. Des Weiteren durchquert die Außennut 62 den Innenumfang der Hülse 43 zum Zwecke einer linearen Kommunikation von dem Endteil an der Seite, an der das Lager 20B an dem Innenumfang der Hülse 43 eingeführt ist, zu dem Endteil an der entgegengesetzten Seite. Die Breite der Außennut 62 entspricht der Breite des Keilelementes 70 und ist eine Breite, an der das Keilelement 70 sitzt, und eine Drehrichtungsbewegung des Keilelementes 70 kann reguliert werden. Die Länge der Außennut 62 stimmt im Wesentlichen mit der Länge der Hülse 43 entlang der Drehwellenlinie X überein. Des Weiteren ist beispielsweise die Tiefe der Außennut 62 tiefer als die Tiefe der Innennut 61.
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Die Innennut 61 und die Außennut 62 überlappen einander, und eine Keilnut 60 ist durch die Innennut 61 und die Außennut 62 ausgebildet, die miteinander kombiniert sind. Das Keilelement 70, das in die Keilnut 60 eingeführt ist, ist mit einem Inneneingriffsteil 71 nahe zu der Drehwelle 12 und einem Außeneingriffsteil 72 an der entgegengesetzten Seite versehen (siehe 3(a)). Das gesamte Außeneingriffsteil 72 sitzt in der Außennut 62 in einer Richtung entlang der Drehwellenlinie X (Längsrichtung). Andererseits sitzt lediglich ein Teil des Inneneingriffsteils 71 in der Längsrichtung in der Innennut 61. Anders ausgedrückt ist der Bereich, an dem das Keilelement 70 in der Keilnut 60 sitzt, in der Außennut 62 größer als in der Innennut 61. Darüber hinaus ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Tiefe der Außennut 62 tiefer als die Tiefe der Innennut 61. Anders ausgedrückt ist der Bereich des Keilelementes 70, der in der Keilnut 60 sitzt, größer in der Außennut 62 als in der Innennut 61 sogar dann, wenn die Länge der Innennut 61 in der Längsrichtung verlängert ist und das gesamte Inneneingriffsteil 71 des Keilelementes 70 in der Innennut 61 sitzt.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel kann beispielsweise der Bereich des Keilelementes 70, das in der Keilnut 60 sitzt, in der Innennut 61 größer als in der Außennut 62 sein, wobei dies ein Gegensatz zu dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bildet. Jedoch ist es wahrscheinlich, dass eine Innennut 61, die größer als die Außennut 62 ist, zu einer Zunahme der Größe des Außenrings 51 vom Gesichtspunkt des Sicherstellens der Festigkeit des Lagers 20B führt. Wenn die Außennut 62 größer als die Innennut 61 wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist, kann im Gegensatz dazu eine Zunahme der Größe des Außenrings 51 des Lagers 20B mit Leichtigkeit vermieden werden, was im Hinblick auf das kompakte Gestalten des gesamten Lagers 20B von Vorteil ist.
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Wie dies in den 2, 4 und 6 gezeigt ist, sind in der Hülse 43, die von außen an dem Außenring 51 sitzt, die Pressplatte 44, die mit dem Außenring 51 in Kontakt steht, und die Schraubenfeder (Spiralfeder) 45 angeordnet, die die Pressplatte 44 zu dem Außenring 51 drückt. Die Pressplatte 44 ist ringartig, und ein Mittelloch 44D, in das ein Endteil der Drehwelle 42 eingeführt ist, ist in der Pressplatte 44 ausgebildet. Die Pressplatte 44 hat eine Federaufnahmefläche 44A, die die Schraubenfeder 45 aufnimmt. Eine Rippe 44b, die entlang des Außenrandes vorragt, ist an einer Fläche an einer Seite vorgesehen, die zu der Federaufnahmefläche 44a entgegengesetzt ist, das heißt eine Fläche, die dem Außenring 51 zugewandt ist. Das Endstück der Rippe 44b steht mit dem Außenring 51 in Kontakt.
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Die Pressplatte 44 ist mit einem Vermeidungsteil 44c versehen, das das Keilelement 70 in der Hülse 43 vermeidet. Das Vermeidungsteil 44c steht mit dem Keilelement 70 in Kontakt und verhindert, dass das Keilelement 70 in Zusammenwirkung mit der Innennut 61 herausfällt. Das Vermeidungsteil 44c hat eine Form, bei der beispielsweise ein Bereich, der durch einen Kreisbogen und eine Sehne ausgebildet ist, von der kreisartigen Pressplatte 44 weggeschnitten ist. Als ein Ergebnis ist ein bogenartiger Vermeidungsbereich Ar zwischen dem Vermeidungsteil 44c der Drückplatte 44 und dem Innenumfang der Hülse 43 ausgebildet. Anders ausgedrückt ist mit „bogenartig“ ein Teil gemeint, der durch eine Außenlinie mit einem Teil mit konvexer Kurve (kreisartigem Bogen) und einem linearen Teil umgeben ist, der beide Endteile des Teils mit konvexer Kurve unter Betrachtung aus einer Richtung entlang der Drehwellenlinie X verbindet. Der Querschnitt des Vermeidungsbereiches Ar ist größer als zumindest die Querschnittsfläche des Keilelementes 70 und bildet insbesondere einen Zwischenraum in der Umfangsrichtung der Drehwelle 12 in Bezug auf das Keilelement 70. Indem der Vermeidungsbereich Ar vorgesehen wird, ist es unwahrscheinlich, dass das Keilelement 70 zu einem Hindernis wird, wenn die Pressplatte 44 in der Hülse 43 montiert ist, und somit wird die Montierbarkeit verbessert. Außerdem erstreckt sich der andere Teil der Pressplatte 44 außer dem Vermeidungsbereich Ar, das heißt der andere Teil des Außenumfangs der Pressplatte 44 außer dem Vermeidungsteil 44c radial nach außen bis jenseits des Keilelementes 70. Genauer gesagt ist der Abstand von der Drehwellenlinie X zu dem anderen Teil außer dem Vermeidungsteil 44c länger als der Abstand von der Drehwellenlinie X zu dem Vermeidungsteil 44, das mit dem Keilelement 70 in Kontakt steht. Als ein Ergebnis empfängt, wenn die Pressplatte 44 zu einer Drehung bereit ist, die Pressplatte 44 einen Eingriff des Keilelementes 70, und ihre Drehung wird reguliert. Anders ausgedrückt kann, indem der Vermeidungsbereich Ar vorgesehen wird, eine Drehung der Pressplatte 44 relativ zu dem Keilelement 70 reguliert werden. Es sollte hierbei beachtet werden, dass die Form des Vermeidungsbereiches Ar nicht auf die bogenartige Form insoweit beschränkt ist, dass die Form des Vermeidungsbereiches Ar eine beliebige von den folgenden Funktionen hat: Verhindern der Beeinträchtigung während der Montage des Keilelementes 70, und Verhindern einer Relativdrehung der Pressplatte 44. Jedoch wird die Handhabbarkeit im Vergleich zu komplexen Formen verbessert, wenn die gewölbte (bogenartige) Form aufgegriffen wird. Als ein Ergebnis ist es möglich, den Vermeidungsbereich Ar mit beiden Funktionen zum Verhindern einer Beeinträchtigung mit dem Keilelement 70 während der Montage der Pressplatte 44 und zum Verhindern einer Drehung der Pressplatte 44 relativ zu dem Keilelement 70 mit Leichtigkeit auszubilden.
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Wie dies vorstehend beschrieben ist, hat das Stützwellenteil 23 den Hülsenaufnehmer (Hülsenaufnahmeelement) 42, an dem die Hülse 43 außen sitzt. Die Endstückfläche des Hülsenaufnehmers 42 ist dazu in der Lage, indem sie zugewandt ist, mit einem Endteil 70a des rechtwinkligen blockförmigen Keilelementes 70 in der Längsrichtung (Richtung entlang der Drehwellenlinie X) in Kontakt zu gelangen. Anders ausgedrückt ist die Endstückfläche ein Außenregulierteil 42a (siehe 3(b)), das eine Bewegung des Keilelementes 70 in einer Richtung entlang der Drehwellenlinie X reguliert. Des Weiteren hat der Außenring 51 eine Wandfläche, die die Rückseite der Innennut 61 in der Richtung der Drehwellenlinie X schließt, und diese Wandfläche ist dazu in der Lage, indem sie zugewandt ist, mit dem anderen Endteil 70b des Keilelementes 70 in Kontakt zu gelangen. Anders ausgedrückt ist diese Wandfläche ein Innenregulierteil 61a, das die Richtung des Keilelementes 70 entlang der Drehwellenlinie X reguliert. Der Ausdruck „dazu in der Lage, in Kontakt zu gelangen“ bedeutet, dass eine kontaktbasierte Bewegungsregulierung in einem Fall möglich ist, bei dem das Keilelement 70 sich in der Längsrichtung der Keilnut 60 (Richtung entlang der Drehwellenlinie X) bewegt.
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Ein Abstand D zwischen dem Außenregulierteil
42a und dem Innenregulierteil
61a ist länger als eine Länge
L des Keilelementes
70 in der Längsrichtung. Daher ist ein Zwischenraum zwischen dem Keilelement
70 und zumindest entweder dem Außenregulierteil
42a und/oder dem Innenregulierteil
61a ausgebildet. Eine Längsstreckung (Verlängerung), die auf eine thermische Expansion (thermische Ausdehnung) der Drehwelle
12 zurückführbar ist, kann durch diesen Zwischenraum absorbiert werden. Beispielsweise wird die Längsstreckung (Verlängerung) ΔH, die auf eine thermische Expansion der Drehwelle
12 zurückführbar ist, durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt.
H: Zwischenlagerabstand (siehe
1)
A: linearer Expansionskoeffizient der Drehwelle
T: Zunahme der Temperatur des vorbestimmten repräsentativen Teils (wie beispielsweise die Lagerwelle und das Lager) vor und nach dem Betrieb
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Differenz D - L zwischen dem Abstand D zwischen dem Außenregulierteil 42a und dem Innenregulierteil 61a und der Länge L des Keilelementes 70 in der Längsrichtung so gestaltet, dass sie größer als die durch die vorstehend erwähnte Gleichung berechnete Längsstreckung ΔH auf der Basis der thermischen Expansion ist. Anders ausgedrückt können die Länge L und der Abstand D in geeigneter Weise so festgelegt werden, dass Folgendes erfüllt ist: (Abstand D - Länge L) > ΔH = H × α × T.
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Wie dies in den 3 und 4 gezeigt ist, hat das Keilelement 70 eine im Wesentlichen rechtwinklige Blockform und ist in die Keilnut 60 so eingeführt, dass die Längsrichtung des Keilelementes 70 entlang der Längsrichtung der Keilnut 60 ist. Eines der beiden Endteile des Keilelementes 70 in der Längsrichtung ist das Endteil 70a an der Seite des Außenregulierteils 42a, und das andere ist das Endteil 70b an der Seite des Innenregulierteils 61a. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind abgeschrägte Teile 70c und 70d an sowohl dem Endteil 70a an der Seite des Außenregulierteils 42a als auch dem Endteil 70b an der Seite des Innenregulierteils 61a ausgebildet. Die abgeschrägten Teile 70c und 70d sind Beispiele eines Einführführungsteils, das die Umfangsverschiebung (Verschiebung in der Umfangsrichtung) der Innennut und der Außennut 62 einstellt, die so angeordnet sind, dass sie einander zugewandt sind. Es ist für das Einführführungsteil ausreichend, dass es dazu in der Lage ist, die Umfangsverschiebung der Innennut 61 und der Außennut 62 einzustellen. Demgemäß kann beispielsweise ein Gradiententeil mit einer geneigten Fläche anstelle der abgeschrägten Teile 70c und 70d ausgebildet sein.
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Die Bedeutung des Vorsehens der abgeschrägten Teile 70c und 70d als Einführführungsteile ist nachstehend beschrieben. Beim Zusammenbau des Lagers 20B an dem Stützwellenteil 23 kann beispielsweise das Keilelement 70 in der Außennut 62 der Hülse 43 voreingebaut sein, indem es vorübergehend fixiert wird oder dergleichen. Anschließend müssen zum Anbringen (Befestigen) der Hülse 43 des Stützwandteils 23 an dem Lager 20B die Nut 62 und die Innennut 61 ausgerichtet werden, und eine Keilnut 60 muss mit eingestellter Umfangsverschiebung ausgebildet sein. Hierbei vollführt, wenn das Keilelement 70, das an der Hülse 43 vorübergehend fixiert ist, in die Innennut 61 des Außenrings 51 eingeführt wird, der abgeschrägte Teil 70d des Keilelementes 70 einen Kontakt mit dem Außenring 51, um den Außenring 51 zu drehen, und die Umfangsverschiebung der Innennut 61 in Bezug auf die Außennut 62 wird eingestellt. Als ein Ergebnis wird die Handhabbarkeit während des Zusammenbaus verbessert.
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Außerdem ist bei dem Keilelement 70 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das abgeschrägte Teil 70c an dem Endteil 70a an der Seite des Außenregulierteils 42a ebenfalls vorgesehen. Demgemäß ist es möglich, sich des Vorteils einer Verbesserung der Handhabbarkeit während des Zusammenbaus sogar in einem Fall zu erfreuen, bei dem das Keilelement 70 in der Innennut 61 des Au-ßenrings 51 voreingebaut ist und die Zusammenbautätigkeit in der Reihenfolge ausgeführt wird, die zu der vorstehend beschriebenen Reihenfolge entgegengesetzt ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die abgeschrägten Teile 70c und 70d an beiden Endteilen 70a und 70b des Keilelementes 70 vorgesehen. Alternativ kann ein Einführführungsteil wie beispielsweise die abgeschrägten Teile 70c und 70d an entweder dem Endteil 70a oder dem Endteil 70b in Abhängigkeit von den tatsächlichen Zusammenbautätigkeitsprozessen vorgesehen sein.
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Ein Abwandlungsbeispiel des Keilelementes 70 und der Keilnut 60 ist nachstehend unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. In diesem Abwandlungsbeispiel sind die Elemente und Strukturen, die die gleichen wie bei dem Keilelement 70 und der Keilnut 60 sind, die vorstehend beschrieben sind, anhand gleicher Bezugszeichen bezeichnet, und deren Beschreibung unterbleibt, um den Fokus auf die Unterschiede zu richten.
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Eine Keilnut 60A hat die Innennut 61, die in dem Außenumfang des Außenrings 51 vorgesehen ist, und eine Außennut 62A, die an dem Innenumfang der Hülse 43 vorgesehen ist. Die Außennut 62A hat eine breite Breite an der Rückseite in der radialen Richtung. Hierbei bedeutet die Rückseite in der radialen Richtung die Außenseite in der radialen Richtung. Genauer gesagt ist mit der Rückseite in der radialen Richtung die Seite gemeint, die von der Drehwelle 12 weg weist, das heißt die Seite in Zentrifugalrichtung in Bezug auf die Drehwelle 12. Ein Keilelement 70A hat das Inneneingriffsteil 71, das in der Innennut 61 sitzt, und ein Außeneingriffsteil 72A, das in der Außennut 62 sitzt. Das Außeneingriffsteil 72A ist mit einem Herausfallverhinderungsteil 72a versehen, das in der Breitenrichtung senkrecht zu der Längsrichtung der Außennut 62 vorragt. Wenn beispielsweise das Keilelement 70A in der Außennut 62A vorübergehend fixiert wird und das Stützwandteil 23 an dem Lager 20B in diesem Zustand angebaut wird, wird durch das Herausfallverhinderungsteil 72 verhindert, dass das Keilelement 70 herausfällt, indem es durch die Hülse 43 ergriffen wird, und somit wird die Zusammenbautätigkeit verbessert.
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Wie dies vorstehend beschrieben ist, kann im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Drehung des Außenrings 51 durch das Keilelement 70, 70A verhindert werden, das in der Keilnut 60, 60A eingeführt ist. Insbesondere wird eine in die Richtung der Drehwellenlinie X erfolgende Bewegung des Keilelementes 70, 70A, das in die Keilnut 60, 60A eingeführt ist, durch das Außenregulierteil 42a des Stützwandteils 23 und den Innenregulierteil 61a des Außenrings 51 reguliert. Daher ist es in diesem Ausführungsbeispiel möglich, ein Herausfallen oder dergleichen bei dem Anwendungsmodus zu verhindern und eine Drehung des Außenrings 51 mit Stabilität zu vermeiden. Darüber hinaus ist der Abstand zwischen dem Außenregulierteil 42a und dem Innenregulierteil 61a länger als die Länge des Keilelementes 70 in der Richtung der Drehwellenlinie X. Daher ist ein Zwischenraum zwischen dem Keilelement 70 und zumindest entweder dem Außenregulierteil 42a und/oder dem Innenregulierteil 61a ausgebildet, und die Längsstreckung (Verlängerung), die auf die thermische Ausdehnung der Drehwelle 12 zurückführbar ist, kann absorbiert werden. Als ein Ergebnis ist es im vorliegenden Ausführungsbeispiel möglich, den Einfluss der thermischen Expansion der Drehwelle 12 zu beseitigen, während in stabiler Weise eine Drehung des Außenrings 51, die der Drehung des Innenrings 52 des Lagers 20B folgt, verhindert wird.
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Die vorliegende Erfindung kann in verschiedenen Formen inklusive verschiedenen Abwandlungen und Verbesserungen auf der Basis der Kenntnisse von Fachleuten inklusive den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ausgeführt werden. Des Weiteren ist es ebenfalls möglich, ein abgewandeltes Beispiel von jedem Ausführungsbeispiel zu bilden, indem die in den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen beschriebenen technischen Gegenstände genutzt werden. Die Konfigurationen der Ausführungsbeispiele können für eine Anwendung in geeigneter Weise kombiniert werden.
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Des Weiteren kann die vorliegende Erfindung auf eine beliebige Drehmaschine angewendet werden, die mit einem Lager versehen ist, das eine Drehwelle stützt. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung auf einen elektrischen Turbolader angewendet werden, der eine Drehung mittels eines Motors unterstützt, der mit einer Turbine versehen ist. Außerdem kann die vorliegende Erfindung auf andere allgemeine Turbolader außer dem elektrischen Turbolader angewendet werden. Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung auf einen Generator für eine Erzeugung von elektrischer Energie auf Turbinenbasis und auch auf eine Drehmaschine, die mit einem Kompressor versehen ist, angewendet werden. Des Weiteren ist das Invertergehäuse nicht darauf beschränkt, dass es axial mit dem Motorgehäuse verbunden ist, und es kann auch radial nach außen verbunden sein. Beispielsweise kann das Invertergehäuse an dem oberen Teil des Motorgehäuses vorgesehen sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrischer Kompressor (Drehmaschine)
- 8
- Kompressorlaufrad (Laufrad)
- 12
- Drehwelle
- 20B
- Lager
- 23
- Stützwellenteil (Lagerstützteil)
- 42a
- Außenregulierteil
- 43
- Hülse (Rohrteil)
- 44
- Drückplatte (Drückteil, Drückeinrichtungsteil)
- 44c
- Vermeidungsteil
- 51
- Außenring
- 52
- Innenring
- 53
- Rollelement
- 60
- Keilnut
- 61a
- Innenregulierteil
- 61
- Innennut
- 62
- Außennut
- 70
- Keilelement
- 70c, 70d
- abgeschrägtes Teil (Einführführungsteil)
- 72a
- Herausfallverhinderungsteil
- Ar
- Vermeidungsbereich
- L
- Länge des Keilelementes
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2014152923 [0002]
- JP 201048301 [0002]
- JP 2006194418 [0002]
